Không bao lâu sau những thí nghiệm Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) tại phòng thí nghiệm CERN ở gần Geneva, Thụy Sĩ, bắt đầu thu về dữ liệu khoa học hồi mùa thu năm ngoái, một nhóm nhà khoa học, đứng đầu là một nhà vật lí thuộc trường Đại học Syracuse, đã trở thành những người đầu tiên quan sát thấy sự phân hủy một hạt hiếm có mặt ngay sau Big Bang. Bằng cách nghiên cứu hạt này, các nhà khoa học hi vọng giải được bí ẩn nguyên do vì sao vũ trụ tiến hóa lại có nhiều vật chất hơn phản vật chất.
Đứng đầu là Sheldon Stone, một nhà vật lí tại trường Cao đẳng Khoa học và Nghệ thuật, Đại học Syracuse, các nhà khoa học trên đã quan sát thấy sự phân hủy một loạt meson B đặc biệt sinh ra khi những proton chuyển động ở gần tốc độ ánh sáng lao vào nhau. Công trình trên là một phần của hai nghiên cứu công bố trên số ra ngày 28 tháng 3 của tạp chí Physics Letters B. Stone lãnh đạo nhóm vật lí năng lượng cao của trường Đại học Syracuse, một bộ phận thuộc một nhóm nhà khoa học đông hơn (nhóm hợp tác LHCb) điều hành một thí nghiệm tại CERN.
Thí nghiệm LHCb tại CERN
“Thật ấn tượng khi trông thấy một kết quả vật lí hàng đầu như vậy có được không bao lâu sau khi dữ liệu bắt đầu được thu thập tại LHC”, phát biểu của Moishe Pripstein, giám đốc chương trình Vật lí Hạt Sơ cấp. “Những kết quả này là tặng phẩm dành cho sự tài tình của chương trình hợp tác quốc tế của các nhà khoa học và khả năng khám phá của LHC”.
Các nhà khoa học đang hăm hở người những meson B đặc biệt này vì khả năng của chúng mang lại thông tin về mối liên hệ giữa vật chất và phản vật chất ở những thời khắc ngay sau BigBang, cũng như những lực cho đến nay chưa được mô tả gây ra sự lấn át của vật chất so với phản vật chất.
“Chúng tan đều biết khi vũ trụ hình thành từ Big Bang, nó có lượng vật chất và phản vật chất đúng bằng nhau”, Stone nói. “Nhưng chúng ta sống trong một thế giới do vật chất lấn át, do đó, phải có sự khác biệt trong sự phân hủy của vật chất lẫn phản vật chất để đi đến kết thúc là sự thống trị của vật chất”.
Toàn bộ vật chất cấu tạo từ các nguyên tử, chúng gồm các proton (tích điện dương), electron (tích điện âm) và neutron (trung hòa điện). Proton và neutron cấu tạo từ những hạt còn nhỏ hơn nữa gọi tên là quark. Phản vật chất cấu tạo gồm các phản proton, positron (phản hạt của electron), phản neutron và, do đó, phản quark. Phản vật chất thường xuất hiện ưu ái đối với các hạt hạ nguyên tử, nhưng nó cũng có thể xuất hiện ở dạng những nguyên tố lớn hơn, thí dụ như hydrogen hoặc helium. Đa số người ta tin rằng các quy luật vật lí áp dụng như nhau cho cả vật chất và phản vật chất và cả hai xuất hiện với lượng bằng nhau trong vũ trụ. Tại sao chúng không bị chi phối bởi những quy luật giống nhau hay xuất hiện với lượng bằng nhau là hai trong những bài toán lớn nhất chưa được giải trong ngành vật lí học ngày nay.
Meson B là một nhóm con đặc biệt và hiếm gặp của họ hàng meson cấu tạo gồm một quark và một phản quark. Trong khi meson B có mặt dồi dào sau Big Bang, thì người ta không tin chúng xuất hiện trong tự nhiên ngày nay và chỉ có thể sinh ra và quan sát thấy dưới các điều kiện thí nghiệm ở LHC hoặc những cỗ máy va chạm năng lượng cao hơn. Vì những hạt này không bị chi phối bởi những quy luật vật lí giống như đa số vật chất khác, cho nên các nhà khoa học tin rằng meson B có thể giữ một vai trò quan trọng trong sự lấn át của vật chất so với phản vật chất. Những hạt này có thể cung cấp manh mối về bản chất của những lực đã dẫn tới sự thiếu đối xứng này trong vũ trụ.
“Chúng tôi muốn tìm hiểu bản chất của những lực ảnh hưởng đến sự phân hủy của những hạt [meson B] này”, Stone nói. “Những lực này tồn tại, nhưng chúng ta không biết chúng là cái gì. Nó có thể giúp giải thích tại sao phản vật chất phân hủy khác với vật chất”.
Hồi năm 2009, nhóm vật lí năng lượng cao thực nghiệm của trường Đại học Syracuse đã nhận được hơn 3,5 triệu đô la từ Quỹ Khoa học Quốc gia Mĩ (NSF) thông qua chương trình Hành động Khôi phục và Tái đầu tư Mĩ (ARPA) dành cho nghiên cứu của nhóm là một phần của chương trình hợp tác LHCb tại CERN. LHCb, một trong bốn máy dò hạt lớn tại trong vành đai LHC, được dành riêng để tìm kiếm những loại lực sơ cấp mới trong tự nhiên.
Nguồn: Đại học Syracuse, PhysOrg.com
